运行时数据区

运行时数据区

官方解读

Chapter 2. The Structure of the Java Virtual Machine (oracle.com) The Java Virtual Machine defines various run-time data areas that are used during execution of a program. Some of these data areas are created on Java Virtual Machine start-up and are destroyed only when the Java Virtual Machine exits. Other data areas are per thread. Per-thread data areas are created when a thread is created and destroyed when the thread exits.

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方法区

基本概念

JVM 只有一个方法区，且是被所有 JVM 线程共享的，方法区的生命周期是与 JVM 互相绑定的。方法区拥有以下特点：

1. 方法区是各个线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建
2. 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器变异后的代码等数据
3. 对染 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却又有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的是与 Java 堆区分开来
4. 当方法区无法满足内存分配需求时，讲会抛出 OOM 异常
5. 方法区在 JDK8 中就是 Metaspace 元空间，在 JDK6 和 7 中式 Perm Space
6. 运行时常量池属于方法区的一部分在方法区中进行分配
7. 方法区是线程安全的。由于所有的线程都共享方法区，所以，方法区里的数据访问必须被设计成线程安全的。例如，同时有两个线程都访问方法区中的同一个类，而这个类还没有被装入 JVM ，那么只允许一个线程去装载它，而其它线程会被阻塞

运行时常量池

A run-time constant pool is a per-class or per-interface run-time representation of the constant_pool table in a class file (§4.4). It contains several kinds of constants, ranging from numeric literals known at compile-time to method and field references that must be resolved at run-time. The run-time constant pool serves a function similar to that of a symbol table for a conventional programming language, although it contains a wider range of data than a typical symbol table.

堆

基本概念

JVM 只有一个堆，且是被所有 JVM 线程共享的，类和数组等主要在堆中进行内存分配，堆的生命周期同样是与 JVM 互相绑定的。堆拥有以下特点：

1. 堆是 Java 虚拟机锁管理内存中最大的一块，在虚拟机启动时创建，被所有线程共享
2. Java 对象实例以及数组都在堆上分配
3. 当堆无法满足内存分配需求时，将抛出 OOM 异常

虚拟机栈

1. 虚拟机栈是一个线程执行的区域，保存着一个线程中方法的调用状态。换句话说，一个 Java 线程的运行状态，由一个虚拟机栈来保存，所以虚拟机栈肯定是线程私有的、独有的，随着线程的创建而创建
2. 每一个线程执行的方法，为该栈中的栈帧，即每个方法的执行操作会对应一个栈帧
3. 调用一个方法，就会向栈中压入一个栈帧；一个方法调用完成，就会把该栈帧从栈中弹出

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以下异常情况与 Java 虚拟机堆栈相关联：

• 栈帧数超过栈深会抛出 StackOverflowError 异常，如：无中断递归、无返回栈帧压入等
• 如果 Java 虚拟机堆栈可以动态扩展，并且尝试扩展但没有足够的内存可用于实现扩展，或者如果没有足够的内存可用于为新线程创建初始 Java 虚拟机堆栈，则 Java 虚拟机将抛出 OutOfMemoryError 异常

栈帧

1. 每个栈帧对应一个被调用的方法，可以理解为一个方法的运行空间
2. 每个栈帧中包括局部变量表（Local Variables）、操作数栈（Operand Stack）、动态链接（Dynamic Linking）、方法返回地址（Return Address）和附加信息

理解栈帧

通过 javap 指令得到反编译的字节码文件中一个方法的流程代表一个栈帧，一个栈帧中存放了 jvm 的指令

public static int calc(int, int);
	Code:
		0: iconst_3  // 将int类型常量3压入操作数栈
		1: istore_0  // 将int类型值存入局部变量0
		2: iload_0   // 从局部变量0中装载int类型值到操作数栈
		3: iload_1   // 从局部变量1中装载int类型值到操作数栈
		4: iadd      // 执行int类型的加法
		5: istore_2  // 将int类型值存入局部变量2
		6: iload_2   // 从局部变量2中装载int类型值
		7: ireturn   // 从方法中返回int类型的数据

程序计数器

基本概念

一个 JVM 进程中有多个线程正在执行，而线程中的内容是否能够拥有执行权，是根据 CPU 调度来的。

加入线程 A 正在执行到某个地方，突然失去了 CPU 的执行权，切换到了线程 B，然后当线程 A 再获得 CPU 执行权的时候，就需要通过线程中维护的一个变量来记录线程执行到哪个位置。程序计数器具有如下特点：

1. 程序计数器占用的内存空间很小，由于 Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换的，并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任意时刻，一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能够恢复到正确的位置，每条线程需要有一个独立的程序计数器（线程私有）
2. 如果线程正在执行 Java 方法，则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址
3. 如果正在执行的是 Native 方法，则这个计数器为空

本地方法栈

基本概念

如果当前线程执行的方法是 Native 雷晓宁的，这些方法就会在本地方法栈中执行，主要通过 C/C++ 来执行。